Llega la máquina de cifrado Enigma en versión cuántica

Hasta ahora, los mensajes cifrados seguros se transmitían conforme a un sistema previsto por el matemático estadounidense Claude Shannon, considerado el "padre de la teoría de la información". Shannon combinó su conocimiento de álgebra y circuitos eléctricos para llegar a un sistema de mensajes binarios de transmisión, que son seguros bajo tres condiciones: la clave es aleatoria, se utiliza sólo una vez, y es al menos tan larga como el mensaje mismo.

El avance de que la clave sea mucho más corta corresponde a Daniel Lum, un estudiante graduado en física, y John Howell, profesor de la física, y ha sido publicado en la revista Physical Review A.

"Representa un paso significativo hacia adelante no sólo para el cifrado, sino para el campo del bloqueo de la información cuántica", ha afirmado Howell.

El bloqueo de datos cuánticos es un método de cifrado avanzado por Seth Lloyd, profesor de la información cuántica en el Massachusetts Institute of Technology, que utiliza fotones de las partículas más pequeñas asociadas con la luz para llevar un mensaje. El método fue pensado para tener limitaciones para el cifrado de forma segura de mensajes, pero Lloyd descubrió la manera de hacer suposiciones --a saber, las que involucran el límite entre la luz y la materia-- para producir un método más seguro para el envío de datos.

Mientras que un sistema binario permite una única posición de dos con cada bit de información, las ondas de fotones pueden ser alteradas de muchas más formas: el ángulo de inclinación puede ser cambiado, la longitud de onda se puede hacer más larga o corta, y el tamaño de la amplitud puede ser modificado. Puesto que un fotón tiene más variables --y existen incertidumbres fundamentales cuando se producen mediciones cuánticas-- las claves cuánticas para cifrar y descifrar los mensajes pueden ser más cortas que el mensaje mismo.

El sistema de Lloyd se mantuvo teórico hasta este año, cuando Lum y su equipo desarrollaron un dispositivo --una máquina enigma cuántica-- que pondría en práctica la teoría. El dispositivo toma nombre del motor de cifrado utilizado por Alemania durante la Segunda Guerra Mundial, un método de codificación que las agencias de inteligencia británica y polaca fueron capaces de desencriptar, informa la Universidad de Rochester.

Supongamos que Alice quiere enviar un mensaje cifrado a Bob. Ella utiliza la máquina para generar fotones que viajan a través del espacio libre y en un modulador espacial de luz (SLM) que altera las propiedades de los fotones individuales (por ejemplo, la amplitud, la inclinación) para codificar correctamente los mensajes en los frentes de onda planos pero inclinados que se pueden enfocar a puntos únicos dictados por la inclinación. Pero el SLM hace una cosa más: distorsiona las formas de los fotones en patrones al azar, de forma que los frentes de onda no sean planos, lo que significa que no tienen un enfoque bien definido.

Alice y Bob saben las teclas que identifican las operaciones de cifrado aplicadas, así que Bob es capaz de usar su propia SLM para aplanar el frente de onda, re-enfocar los fotones, y las propiedades alteradas se traducen en los distintos elementos del mensaje.

Junto con la modificación de la forma de los fotones, Lum y el equipo hicieron uso del principio de incertidumbre, que establece que cuanto más sabemos acerca de una propiedad de una partícula, menos sabemos acerca de otras propiedades. Debido a eso, los investigadores fueron capaces de bloquear de forma segura seis bits clásicos de información usando sólo un bit de una clave de cifrado, una operación llamada bloqueo de datos.

"Si bien nuestro dispositivo no es 100 por ciento seguro, debido a la pérdida de fotones --ha señalado Lum-- muestra que el bloqueo de datos en el cifrado de mensajes es mucho más que una teoría".

El objetivo final de las máquinas Enigma cuántica es prevenir que un tercer actor, alguien llamado Eva, intercepte y descifre el mensaje. Un principio fundamental de la teoría cuántica es que la mera acción de medir un sistema cuántico altere el sistema. Como resultado, Eva tiene una sola oportunidad de obtener y traducir el mensaje cifrado, algo que es virtualmente imposible, dado el casi ilimitado número de patrones que existe por cada fotón.